CN114179107A - 一种桌面机器人智能健康管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桌面机器人智能健康管理系统及方法，其中智能健康管理系统，包括桌面机器人，桌面机器人由图像采集模块、监控体检模块、无线传输通信模块、中央数据处理模块、人工智能语音模块组成。本发明通过对家中成员的日常健康检测，能进行综合健康管理。当家中发出异常的声音，并结合摄像头监测到家中老人或者小孩出现异常事件的时候，能进行综合判断，提高了健康机器人的智能化水平，同时让在外工作的年轻人放心，踏实的工作。本发明采用改进的广义互相关算法获取时延，进而得到声程差，并根据几何关系确定声源在空间中的位置，有效的提高了定位的精度和完好性，未来智慧城市及和谐家庭中应用广泛。

Description

一种桌面机器人智能健康管理系统及方法

技术领域

本发明涉及健康管理技术领域，具体涉及一种桌面机器人智能健康管理系统及方法。

背景技术

在当今社会，由于生活压力越来越大，年轻人外出工作之后，只能将老人和小孩留在家中，年轻人没有太多的时间专门留在家中照顾老人和小孩。如果家中发生异常的事件，很难及时的通知到在外工作的年轻人。

在这种情况下，年轻人一边要努力并且专心的工作，另外还要担心家中老人和小孩千万不能发生什么意外的事情。因为有些老人年纪偏大，行动能力上有很多的不方便，家中摔倒的事情也时有发生。有时也因为年纪偏大，身体健康不稳定，病倒在家无人知晓。又或者小孩因为玩耍，被家中摔倒的家具砸中。这些事件让在外工作的年轻人提心吊胆，不能安心工作。

现有技术CN109905487A公开了一种基于云计算的智能健康管理系统，包括：监测单元；处理系统，其与所述监测单元的输出端电连接；存储单元，其与所述处理系统双向电连接；控制单元，其输入端与所述处理系统的输出端电连接；输出单元，其输入端与所述控制单元的输出端电连接；报警单元，其输入端与所述控制单元的输出端电连接；调节单元，其输入端与所述控制单元的输出端电连接。通过监测单元对居住环境或者是待监测区域的温度、湿度、PM2.5浓度、可燃气体浓度进行监测，在发生变化时及时通知和调节，改善居住环境，让居住者提前知道环境变化，做好应对措施，提高健康管理效率。但现有技术并不具备对健康信息采集，异常情况监控等功能。

所以在这种情况下，需要一台桌面健康管理机器人，能同时具备健康管理功能，还能当家庭成员在家中出现异常的时候，能通过机器人综合判断自动通知监护人，让监护人以最快的速度做出处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种桌面机器人智能健康管理系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明采用改进的广义互相关算法获取时延，进而得到声程差，并根据几何关系确定声源在空间中的位置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种桌面机器人智能健康管理系统，包括桌面机器人，桌面机器人由图像采集模块、监控体检模块、无线传输通信模块、中央数据处理模块、人工智能语音模块组成；所述图像采集模块采集监控区域老人或小孩的实施画面；所述监控体检模块对心率变异性，血氧饱和度，心率、呼吸频率微循环和心率失常进行采集；所述无线传输模块通过无线传输网络将图像采集模块与监控体检模块采集的数据传输至中央数据处理模块；所述中央数据处理模块对数据进行处理并建档；所述人工智能语音模块包括六麦模块，可进行视频语音通话和家电控制。

优选的，所述智能健康管理系统设有疾病预防功能，实现步骤如下：

S21：智能健康管理系统接入天气预报，并切换至当地地理位置，预报未来7天的天气环境；

S22：监控体检模块对老人或小孩健康数据进行检测，中央数据处理模块对健康数据进行分析，形成健康档案；

S23：中央数据处理模块提前导入气象环境所引发的疾病类型，形成气象诱导数据；

S24：中央数据处理模块对健康档案与气象诱导数据进行分析，推断出未来几天由于天气原因引发疾病事件；

S25：智能健康管理系统根据引发的疾病事件，推送预防措施与预防药物，监护人可远程下单买药。

优选的，所述人工智能语音模块可识别异常声源，识别后的声源信号经中央数据处理器模块处理传输至图像采集模块，所述图像采集模块的安装在桌面机器人头部，对异常声源方位进行判断后图像采集模块旋转至异常声源所在方向进行图像采集。

优选的，所述对异常声源方位进行判断方法如下：

S41：六个麦克风分布六麦模块的控制板上；

S42：六个麦克风接收声源信号后形成六路声音序列，将声源信号传递给低通滤波器滤除高频杂波，对信号进行归一化处理，得到预处理后的信号x_i(t)；

S43：对预处理后的信号x_i(t)进行分帧处理，标记出异常声音，在六路声音序列同一数据点标记处向后截取六个声音片段；

S44：采用改进型广义互相关函数计算任意两麦克风之间的时延值τ_ij；

S45：采用空间定位法对异常声源的方位进行判断。

优选的，所述控制板呈圆形，六个麦克风均匀的分布在控制板上。

优选的，所述任意两麦克风之间的时延值τ_ij基于广义互相关函数

的表达式如下：

式中：Ψ(ω)为加权函数；

为信号xi(t)和信号x_j(t)的互功率谱；当

为最大值时，对应的时延值τ_ij为所求的信号x_i(t)和信号x_j(t)的时延值。

优选的，所述加权函数Ψ(ω)使用互功率谱加权函数，其表达式如下：

所述互功率谱加权函数，通过对信号互功率谱归一化，去除信号的幅度信息，只保留信号的相位特性，抑制噪声和混响。

优选的，所述实际环境中会存在较大的噪声和混响，将加权函数Ψ(ω)进行改进后得到：

式中：λ∈[0.5，1]，随着噪声和混响的变化而变化。

优选的，所述采用空间定位法将六个麦克的中心位置设置为原点，麦克风1-6的坐标分别为：

m₄(-a，0，0)，

设声源坐标为S(x，y，z)；设声源到原点的距离为ls；设声源到每个麦克风的距离分别为l₁、l₂、l₃、l₄、l₅和l₆；设d_i为每个麦克风到原点的声程差；根据上述条件可得：

l₁ ²＝(x-a)²+y²+z²

l₄ ²＝(x+a)²+y²+z²

d₁＝vτ₁

d₂＝vτ₂

d₃＝vτ₃

d₄＝vτ₄

d₅＝vτ₅

d₆＝vτ₆

所述声源满足矩阵方程：

式中：s表示声源的坐标值；

表示六个麦克风之间矩阵关系；d_i为每个麦克风到原点的声程差，i∈[1、6]，其中：

综上：声源到原点的距离ls为：

化简后得到：

式中：

最终声源坐标s为：

其中ls为声源到原点的距离，θ为声源到原点的方向角，β为声源到原点的俯仰角。

本发明提供的另一种技术方案：一种桌面机器人智能健康管理方法，包括如下步骤：

S101：有人呼叫桌面机器人或有异常的声音发生时，机器人根据声源方向转动头部；

S102：图像采集模块采集声源方向的画面；

S103：画面信息经过无线传输模块传输至中央数据处理器模块进行储存；

S104：将储存的画面信息进行处理，判断是否发生异常；

S105：调取老人或小孩每天监控体检模块采集的身体数据，判断是否有发生异常的可能性；

S106：根据S104和S105的判断，桌面机器人对老人或小孩进行语音对话，通过对话进一步判断是否发生异常事件；

S107：根据S104、S105和S106的综合判断，确定是否将异常报告给监护人。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明的智能健康机器人装有图像采集模块，通过对家中成员的日常健康检测，能进行综合健康管理。当家中发出异常的声音，并结合图像采集模块监测到家中老人或者小孩出现异常事件的时候，能进行综合判断，提高了健康机器人的智能化水平，同时让在外工作的年轻人放心，踏实的工作。

2.本发明采用改进的广义互相关算法获取时延，进而得到声程差，并根据几何关系确定声源在空间中的位置，有效的提高了定位的精度。

附图说明

图1为本发明的智能健康管理系统结构示意图；

图2为本发明的疾病预防功能实现步骤图；

图3为本发明的对异常声源方位进行判断方法流程图；

图4为本发明的智能健康管理方法流程图；

图5为本发明的声源与麦克风位置关系图；

图6为本发明的六麦模块结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1，一种桌面机器人智能健康管理系统，桌面机器人，桌面机器人由图像采集模块、监控体检模块、无线传输通信模块、中央数据处理模块、人工智能语音模块组成，其中图像采集模块采集监控区域老人或小孩的实施画面；监控体检模块对心率变异性，血氧饱和度，心率、呼吸频率微循环和心率失常进行采集；无线传输模块通过无线传输网络将图像采集模块与监控体检模块采集的数据传输至中央数据处理模块；中央数据处理模块对数据进行处理并建档；人工智能语音模块包括六麦模块，可进行视频语音通话和家电控制。

参考图2，针对慢性非传染性疾病，智能健康管理系统利用监控体检模块，对老人或小孩每天的健康数据进行分析。研究表明，天气的剧烈变化对常见的循环疾病如高血压，中风，脑出血，冠心病，心肌梗死等病的影响很大，小儿腹泻，痢疾等与气象条件也息息相关，另外天气的变化对呼吸道系统疾病如感冒，支气管炎等也很明显。所以，鉴于气象环境与健康的紧密关系，用气象观测资料结合每天检测的健康数据，提醒家庭成员采取预防措施。所述智能健康管理系统设有疾病预防功能，实现步骤如下：

S21：智能健康管理系统接入天气预报，并切换至当地地理位置，预报未来7天的天气环境；

S22：监控体检模块对老人或小孩健康数据进行检测，中央数据处理模块对健康数据进行分析，形成健康档案；

S23：中央数据处理模块提前导入气象环境所引发的疾病类型，形成气象诱导数据；

S24：中央数据处理模块对健康档案与气象诱导数据进行分析，推断出未来几天由于天气原因引发疾病事件；

S25：智能健康管理系统根据引发的疾病事件，推送预防措施与预防药物，监护人可远程下单买药。

参考图，人工智能语音模块可识别异常声源，识别后的声源信号经中央数据处理器模块处理传输至图像采集模块，图像采集模块的安装在桌面机器人头部，对异常声源方位进行判断后图像采集模块旋转至异常声源所在方向进行图像采集。

其中对异常声源方位进行判断方法如下：

S41：六个麦克风分布六麦模块的控制板上；

S42：六个麦克风接收声源信号后形成六路声音序列，将声源信号传递给低通滤波器滤除高频杂波，对信号进行归一化处理，得到预处理后的信号x_i(t)；

S43：对预处理后的信号x_i(t)进行分帧处理，标记出异常声音，在六路声音序列同一数据点标记处向后截取六个声音片段；

S44：采用改进型广义互相关函数计算任意两麦克风之间的时延值τ_ij；

S45：采用空间定位法对异常声源的方位进行判断。

上述任意两麦克风之间的时延值τ_ij基于广义互相关函数

的表达式如下：

式中：Ψ(ω)为加权函数；

为信号xi(t)和信号x_j(t)的互功率谱；当

为最大值时，对应的时延值τ_ij为所求的信号x_i(t)和信号x_j(t)的时延值。

加权函数Ψ(ω)使用互功率谱加权函数，其表达式如下：

其中互功率谱加权函数，通过对信号互功率谱归一化，去除信号的幅度信息，只保留信号的相位特性，抑制噪声和混响。

但是实际环境中会存在较大的噪声和混响，将加权函数Ψ(ω)进行改进后得到：

式中：λ∈[0.5，1]，随着噪声和混响的变化而变化。

参考图5和图6，控制板呈圆形，六个麦克风均匀的分布在控制板上。空间定位法将六个麦克的中心位置设置为原点，麦克风1-6的坐标分别为：

m₄(-a，0，0)，

设声源坐标为S(x，y，z)；设声源到原点的距离为ls；设声源到每个麦克风的距离分别为l₁、l₂、l₃、l₄、l₅和l₆；设di为每个麦克风到原点的声程差；根据上述条件可得：

l₁ ²＝(x-a)²+y²+z²

l₄ ²＝(x+a)²+y²+z²

d₁＝vτ₁

d₂＝vτ₂

d₃＝vτ₃

d₄＝vτ₄

d₅＝vτ₅

d₆＝vτ₆

所述声源满足矩阵方程：

式中：s表示声源的坐标值；

表示六个麦克风之间矩阵关系；d_i为每个麦克风到原点的声程差，i∈[1、6]，其中：

综上：声源到原点的距离l_s为：

化简后得到：

式中：

最终声源坐标s为：

其中l_s为声源到原点的距离，θ为声源到原点的方向角，β为声源到原点的俯仰角。

参考图4，一种桌面机器人智能健康管理方法，包括如下步骤：

S101：有人呼叫桌面机器人或有异常的声音发生时，机器人根据声源方向转动头部；

S102：图像采集模块采集声源方向的画面；

S103：画面信息经过无线传输模块传输至中央数据处理器模块进行储存；

S104：将储存的画面信息进行处理，判断是否发生异常；

S105：调取老人或小孩每天监控体检模块采集的身体数据，判断是否有发生异常的可能性；

S106：根据S104和S105的判断，桌面机器人对老人或小孩进行语音对话，通过对话进一步判断是否发生异常事件；

S107：根据S104、S105和S106的综合判断，确定是否将异常报告给监护人。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种桌面机器人智能健康管理系统，其特征在于，包括桌面机器人，桌面机器人由图像采集模块、监控体检模块、无线传输通信模块、中央数据处理模块、人工智能语音模块组成；

所述图像采集模块采集监控区域老人或小孩的实施画面；

所述监控体检模块对心率变异性，血氧饱和度，心率、呼吸频率微循环和心率失常进行采集；

所述无线传输模块通过无线传输网络将图像采集模块与监控体检模块采集的数据传输至中央数据处理模块；

所述中央数据处理模块对数据进行处理并建档；

所述人工智能语音模块包括六麦模块，可进行视频语音通话和家电控制。

2.根据权利要求1所述的一种桌面机器人智能健康管理系统，其特征在于，所述智能健康管理系统设有疾病预防功能，实现步骤如下：

S21：智能健康管理系统接入天气预报，并切换至当地地理位置，预报未来7天的天气环境；

S22：监控体检模块对老人或小孩健康数据进行检测，中央数据处理模块对健康数据进行分析，形成健康档案；

S23：中央数据处理模块提前导入气象环境所引发的疾病类型，形成气象诱导数据；

S24：中央数据处理模块对健康档案与气象诱导数据进行分析，推断出未来几天由于天气原因引发疾病事件；

S25：智能健康管理系统根据引发的疾病事件，推送预防措施与预防药物，监护人可远程下单买药。

3.根据权利要求1所述的一种桌面机器人智能健康管理系统，所述人工智能语音模块可识别异常声源，识别后的声源信号经中央数据处理器模块处理传输至图像采集模块，所述图像采集模块的安装在桌面机器人头部，对异常声源方位进行判断后图像采集模块旋转至异常声源所在方向进行图像采集。

4.根据权利要求3所述的一种桌面机器人智能健康管理系统，所述对异常声源方位进行判断方法如下：

S41：六个麦克风分布六麦模块的控制板上；

S42：六个麦克风接收声源信号后形成六路声音序列，将声源信号传递给低通滤波器滤除高频杂波，对信号进行归一化处理，得到预处理后的信号x_i(t)；

S43：对预处理后的信号x_i(t)进行分帧处理，标记出异常声音，在六路声音序列同一数据点标记处向后截取六个声音片段；

S44：采用改进型广义互相关函数计算任意两麦克风之间的时延值τ_ij；

S45：采用空间定位法对异常声源的方位进行判断。

5.根据权利要求4所述的一种桌面机器人智能健康管理系统，所述控制板呈圆形，六个麦克风均匀的分布在控制板上。

6.根据权利要求4所述的一种桌面机器人智能健康管理系统，所述任意两麦克风之间的时延值τ_ij基于广义互相关函数

的表达式如下：

式中：Ψ(ω)为加权函数；

为信号x_i(t)和信号x_j(t)的互功率谱；当

为最大值时，对应的时延值τ_ij为所求的信号x_i(t)和信号x_j(t)的时延值。

7.根据权利要求5所述的一种桌面机器人智能健康管理系统，所述加权函数Ψ(ω)使用互功率谱加权函数，其表达式如下：

所述互功率谱加权函数，通过对信号互功率谱归一化，去除信号的幅度信息，只保留信号的相位特性，抑制噪声和混响。

8.根据权利要求6所述的一种桌面机器人智能健康管理系统，所述实际环境中会存在较大的噪声和混响，将加权函数Ψ(ω)进行改进后得到：

式中：λ∈[0.5，1]，随着噪声和混响的变化而变化。

9.根据权利要求4所述的一种桌面机器人智能健康管理系统，所述采用空间定位法将六个麦克的中心位置设置为原点，麦克风1-6的坐标分别为：m₁(a，0，0)，

m₄(-a，0，0)，

设声源坐标为S(x，y，z)；设声源到原点的距离为ls；设声源到每个麦克风的距离分别为l₁、l₂、l₃、l₄、l₅和l₆；设d_i为每个麦克风到原点的声程差；根据上述条件可得：

l₁ ²＝(x-a)²+y²+z²

l₄ ²＝(x+a)²+y²+z²

d₁＝vτ₁

d₂＝vτ₂

d₃＝vτ₃

d₄＝vτ₄

d₅＝vτ₅

d₆＝vτ₆

所述声源满足矩阵方程：

式中：s表示声源的坐标值；

表示六个麦克风之间矩阵关系；d_i为每个麦克风到原点的声程差，i∈[1、6]，其中：

综上：声源到原点的距离l_s为：

化简后得到：

式中：

最终声源坐标s为：

其中l_s为声源到原点的距离，θ为声源到原点的方向角，β为声源到原点的俯仰角。

10.一种桌面机器人智能健康管理方法，其特征在于，包括如下步骤：

S101：有人呼叫桌面机器人或有异常的声音发生时，机器人根据声源方向转动头部；

S102：图像采集模块采集声源方向的画面；

S103：画面信息经过无线传输模块传输至中央数据处理器模块进行储存；

S104：将储存的画面信息进行处理，判断是否发生异常；

S105：调取老人或小孩每天监控体检模块采集的身体数据，判断是否有发生异常的可能性；

S106：根据S104和S105的判断，桌面机器人对老人或小孩进行语音对话，通过对话进一步判断是否发生异常事件；

S107：根据S104、S105和S106的综合判断，确定是否将异常报告给监护人。

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